添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响(3)

No.2

许

杰等：添加剂氟代碳酸乙烯酯对锂离子电池性能的影响205

图8EC和FEC的化学结构式

Fig.8ChemicalstructuresofECandFEC

图6MCMB/Li电池首次放电至不同电压时的Nyquist图Fig.6NyquistplotsforMCMB/Licellmeasuredat

differentvaltages

(a)withoutadditive;(b)with2%FEC

图9FEC的反应机理

Fig.9ThereactionmechanismofFEC

20.22、26.39Ω.两组数据结果显示,随着电压的降低,不含添加剂的膜阻抗值增大,而含有添加剂的膜阻抗明显降低,0.05V时,不含添加剂的膜阻抗比含有添加剂的膜阻抗高近50倍.由此可见,添加FEC后,在MCMB电极表面上形成了一层薄而稳定的、比较有利于锂离子通过的优良SEI膜,因此MCMB/Li电池的阻抗降低,电池的循环性能得到提高.2.5

FEC反应机理研究

从结构上来看,FEC比EC多了一个氟取代基团(如图8所示),此基团有很强的吸电子能力,因此可以解释在较高的电位下,FEC即可发生还原分解反应.由EDS分析知,添加FEC后,MCMB电极表面的SEI膜的主要成分元素有C、O、F,其中的F应是来自FEC的分解,由此提出图9所示的FEC分解反应机理,FEC中C襒O上的O与Li+有强配位

作用,得到外界一个电子后还原生成一自由基负离子中间体M,M有很高的反应活性,比如可以发生二聚反应或与其它反应中间体发生反应生成其它产物等.在较高还原电位下,生成的含氟产物首先占据MCMB电极表面的活性位点,能有效抑制较低电位下电解液溶剂的分解.

3结论

在电解液中添加2%FEC能显著提高MCMB/Li电池的比容量、循环性能等,且FEC对LiMn2O4材料没有消极作用.CV结果表明,添加剂FEC在较高的电位下发生了还原分解反应,有效地抑制了较低电位下电解液溶剂的分解还原,MCMB电极表面的SEI膜在首次放电过程中基本形成;SEM、EDS、EIS结果表明,在电解液中添加2%FEC,MCMB电极表面的SEI膜主要由FEC的分解产物形成,其膜层比较薄且稳定,有利于锂离子脱嵌,降低了MCMB电极上的SEI膜阻抗及电池的总阻抗.MCMB电极表面上形成性能优良的SEI膜是电池性能得到提高的主要原因.根据实验结果,提出了FEC的分解反应机理.

图7MCMB/Li电池等效电路

Fig.7EquivalentcircuitforMCMB/Licell

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Vol.25

致谢：感谢福建创鑫科技开发有限责任公司提供FEC添加

剂.

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